Python实现抽象基类的3三种方法

Python的抽象基类类似于Java、C++等面向对象语言中的接口的概念。抽象基类提供了一种要求子类实现指定协议的方式，如果一个抽象基类要求实现指定的方法，而子类没有实现的话，当试图创建子类或者执行子类代码时会抛出异常。这里简单介绍一下Python实现抽象基类的三种方法。

方法一：使用NotImplementedError

见下面的测试代码，只有子类实现了run方法才能运行run。

>>> class Task():
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

>>> class Task():
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def run(self):
        raise NotImplementedError('Please define "a run method"')

>>> t = Task(1, 2)
>>> t.run()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#12>", line 1, in <module>
    t.run()
  File "<pyshell#10>", line 6, in run
    raise NotImplementedError('Please define "a run method"')
NotImplementedError: Please define "a run method"
>>>
>>> class SubTask(Task):
    def __init__(self, x, y):
        super().__init__(x, y)

    def run(self):
        print('Task(x=%s, y=%s)' % (self.x, self.y))

>>> st = SubTask(1, 3)
>>> st.run()
Task(x=1, y=3)
>>>

方法二：使用元类

class TaskMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):

        new_class = super(TaskMeta, cls).__new__(cls, name, bases, attrs)

        if attrs.pop('abstract', False):
            return new_class

        if not hasattr(new_class, 'run') or not callable(new_class.run):
            raise TypeError('Please define "a run method"')

        return new_class


class Task(metaclass=TaskMeta):
    abstract = True

    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y


class SubTask(Task):
    def __init__(self, x, y):
        super().__init__(x, y)

    def run(self):
        print('Task(x=%s, y=%s)' % (self.x, self.y))

测试代码一：

>>> t = Task(1, 3)
>>> t.run()
Traceback (most recent call last):
  File "E:/Code/python3/loggingTest/task.py", line 32, in <module>
    t.run()
AttributeError: 'Task' object has no attribute 'run'
>>> st = SubTask(1, 3)
>>> st.run()
Task(x=1, y=3)

这个示例类似于方法一，但有一些细微的区别。第一个区别就是Task类本身仍然能被实例化，但是不能运行run方法，否则会抛出AttributeError错误。更为重要的区别在于子类。当子类被创建时元类会运行__new__方法，解释器讲不再允许创建没有run方法的子类。

>>> class SubTask(Task):
...    pass
...
Traceback (most recent call last):
  File "E:/Code/python3/loggingTest/task.py", line 31, in <module>
    class SubTask(Task):
  File "E:/Code/python3/loggingTest/task.py", line 10, in __new__
    raise TypeError('Please define "a run method"')
TypeError: Please define "a run method"

方法三：使用@abstractmethod

abc模块提供了一个使用某个抽象基类声明协议的机制，并且子类一定要提供了一个符合该协议的实现。

import abc


class Task(metaclass = abc.ABCMeta):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    @abc.abstractmethod
    def run(self):
        pass


class SubTask(Task):
    def __init(self, x, y):
        super().__init__(x, y)

    def run(self):
        print('Task(x=%s, y=%s)' % (self.x, self.y))

class OtherSubTask(Task):
    def __init(self, x, y):
        super().__init__(x, y)

和方法一、方法二的示例类似，但略有不同。第一，Task类本身不能被实例化。

>>> t = Task(1, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "E:/Code/python3/loggingTest/test.py", line 23, in <module>
    t = Task(1, 3)
TypeError: Can't instantiate abstract class Task with abstract methods run

这与方法一不同，方法一允许基类Task被实例化。

对于不能正确重写run方法的子类，在错误的情况下它与之前的两个方法的差别也是不同的。方法一中，使用NotImplementedError，最终在run方法被调用时引发NotImplementedError错误。在方法二中，使用了自定义的TaskMeta元类，当这个抽象类被创建时引发TypeError错误。

当没有实现run方法的子类实例化时会报错，给出的错误信息与实例化Task类时给出的一样，逻辑上完全符合预期。

>>> ot = OtherSubTask(1, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "E:/Code/python3/loggingTest/test.py", line 27, in <module>
    ot = OtherSubTask(1, 3)
TypeError: Can't instantiate abstract class OtherSubTask with abstract methods run

但是，当你定义了一个重新了run方法的子类时，那么子类就能够被实例化，就能正常工作。

>>> st = SubTask(1, 3)
>>> st.run()
Task(x=1, y=3)

Python实现抽象基类的3三种方法

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